(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの電極および前記電極のうちの少なくとも1つに固定した少なくとも１つの中空絶縁体からなり、そして、前記少なくとも２つの電極が化学的に不活性の表面を有するガス放電管であって、
前記化学的に不活性の表面が物理気相成長法または化学気相成長法を使用して前記電極に整えられ、
そして前記化学的に不活性の表面が前記電極への層の生成と積層に抵抗力を有し、
前記化学的に不活性の表面は、炭素からなり、
前記炭素は、金属に追加して整えられ、
前記金属は、クロムまたはチタンであり、
前記炭素は、炭素の多形として存在し、
前記炭素は、金属に加えた黒鉛として存在する、
ことを特徴とする放電管。
【請求項２】
前記炭素は、スパッタリングを使用して整えられることを特徴とする請求項１に記載の放電管。      
【請求項３】
少なくとも２つの電極および前記電極のうちの少なくとも1つに固定した少なくとも１つの中空絶縁体からなり、そして、前記少なくとも2つの電極が化学的に不活性の表面を有するガス放電管の製造方法であって、
前記化学的に不活性の表面が物理気相成長法または化学気相成長法を使用して前記電極に整えられ、
そして前記化学的に不活性の表面が前記電極への層の生成と積層に抵抗力を有し、
前記化学的に不活性の表面は、炭素からなり、
前記炭素は、金属に追加して整えられ、
前記金属は、クロムまたはチタンであり、
前記炭素は、炭素の多形として存在し、
前記炭素は、金属に加えた黒鉛として存在し、
前記炭素は、スパッタリングを使用して整えられ、
前記炭素の堆積は、メタンの気体下において起こる、
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
炭素は、１ミクロン／時間またはそれ以下の堆積速度で前記表面に堆積されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、通信網のためのサージ電圧保護器のような様々な用途に使用される、避雷器、高強度放電管、火花間隙およびトリガー付火花間隙に関する。そして特に、より高い選択性と高い性能を有し、より環境にやさしいこの種の機器の新しい型に関する。
【０００２】
発明の背景
電子機器が長距離の信号または電力線、アンテナその他に接続する場合は、それは電磁誘導により生成され、稲妻または電磁パルス（EMP）を原因とする一過性サージに露出される。避雷器は、一時過サージのエネルギーの吸収よって、またはアース接続によって、機器損傷から保護する。  避雷器は、自動回復し、繰返しの一過性サージを扱い、フェイルセーフとすることができる。重要な性能は、動作開始の速度および選択性である。換言すれば、避雷器は遅延なく機能し、かつ標準的な通信信号によって起動される程度に感度が高くてはならない。
これらの性能は、時間が経過しても不変でなくてはならず、起動の間隔にも左右されてはならない。さらに、避雷器は高く均一な品質の大量生産に適していなければならない。
【０００３】
ガス入りの放電管は、電子機器を保護するために使われるが、また、電力交換回路の交換素子、例えば自動車の製品のガス放電前照灯、として多用される。  ほかの応用領域は、遠隔データ通信、音響/ビデオ機器、電源、工業用、医学用、セキュリティ用、及び軍用機器である。
初期の避雷器は空気または雲母の層により隔離された2つの固体の黒鉛電極からなる。しかし、これらは寸法、信頼性、性能および生産技術の点で現在の避雷器とは比較にならない。
【０００４】
現在の従来型の避雷器は、ガス充填された放電管であり、1つまたは複数の放電経路または放電ギャップを有し、通常２つの末端電極と場合によって１つの中心電極という形の追加電極と、更に、セラミック、適切なポリマー、ガラス等のような電気的絶縁材料からなる１つ又は２つの中空の円筒形絶縁体で構成される。概して、２電極避雷器の絶縁体は２つの側にある末端電極に真空気密にはんだ付けされる。
【０００５】
例えば、従来の避雷器を生産する1つの方法は、アメリカ特許4,437,845において、概説されている。アメリカ特許4,437,845によれば、製造工程は、管の部品を、適切な温度でまた実質的に大気圧で、管の意図された機能からみてその存在が必要で、軽ガスよりも重い他の１つのガスと混合した軽ガス内に封入するステップと、管の外部の気圧を大気圧以下に減圧し、一方で同時に、重いガスが重要でない程度にのみ、拡散及び／又は滲出により管に侵入でき、かつ封入された軽ガスが圧力差の結果として管の壁を通り外に出て、管内側の全体圧力を低下させる要因となるように、軽ガスが壁を通って拡散及び／または滲出できる程度まで、温度を下げるステップとからなる、
【０００６】
さらに、避雷器部品の外側被覆は、アメリカ特許5,103,135において開示されている。そこでは、スズ被膜が電極に適用され、環状の保護被膜は少なくとも1mmの厚さでセラミック絶縁体に適用されている。この保護被膜は、避雷器の軸方向で連続的な耐酸性で耐熱性の皮膜から生成される。保護被膜は、避雷器を同定する一部となる。例えば、同定が保護被膜の逆転写の形であってもよい。加えて、スズ被膜リード線が、電極に連結されうる。
【０００７】
アメリカ特許4,672,259は過電圧に対し電気製品を保護するパワー火花間隙を開示している。火花間隙は其々半球状の構成を有し絶縁磁器容器を有している２つの炭素電極から成り、ここに炭素電極は、内部の耐久性電極材料に対しアーク放電を提供するため内部側に通気口を有する。火花間隙は、高圧電線用であり、火花長は約2.5cm（1インチ）で、140kVの電位差である。この火花間隙は、密封されてガスを充満させたタイプではなく、自由に大気に触れるタイプである。アークは、それぞれ下方の電極から始まり、通気口を通過する。このように、火花の生成は、大部分下方にある材料に依存し、その材料は必ずしも不活性である必要はなく、現在の環境による酸化にさらされる。つまり火花電圧を決定し、再生することは不可能である。
【０００８】
アメリカ特許4,407,849は、火花間隙装置、特にフィラメント生成を最小にするための火花間隙の電極の被膜について開示している。カーボン・グラファイトの被膜は、下方の電極へ適用される。サージ・リミッタは、ガス充填されたものである。
上記の文献は不活性の表面を有する事項、電極上に関する事項またはそれらに関する問題については記述していない。
【０００９】
感度および復帰に関する前述の問題は、電極表面上または他の場所の電子供与体の使用によって記述されてきた。この電子供与体は、トリチウムのような放射性元素、および／またはバリウムのような毒性アルカリ金属からなりうる。この解は、部品の放射性および／または毒性という特異な欠点を有することは明白である。
【００１０】
本発明の目的
本発明の目的は、全ての関連した応用領域に使用可能な、高い選択性と性能（例えば高い耐熱性および長寿命）を示し、放射性または環境的に有害な化合物を有しない、ガス放電管を作ることである。
この目的は、電極表面上、特に端末電極の対向する面に酸化物または水素化物層のような、層の生成を防止することにより達成される。金属電極の表面上の酸化物の生成が放電の開始電圧に影響すると仮定される。放電チェンバの高真空に関係なく、酸素および他要素の残余は、常に残る。電極表面の層生成または酸化を防ぐことによって、放電管は同じ電圧で、または少なくともより狭い間隔で、繰り返し動作する。
【００１１】
発明の詳細な説明
一般的な放電管は、中空絶縁体に繋がる少なくとも2つの電極から成る。  よく見る例えば図１で示される放電管は、2つの末端電極１、２からなり、各電極は、フランジ状の１つの基底部分と、末端電極のうちの少なくとも1つの基底部分に半田付けされた少なくとも１つの中空の円柱型絶縁体３を含む。本発明の層の生成を妨げる被膜または要素は、両方の電極上のスクリーン領域4として示される。放電管の型に関係なく、少なくとも陰極が本発明の層を有するか、または本発明の材料または構造からなるか、が重要であり、それらについて以下で詳述する。しかし過渡状態サージの極性は変わりうるので、全ての電極がこの本発明の層または構造を有することが好ましい。
【００１２】
図２に図示される複合電極放電管は、上述の要素に加えて中央電極５を有する。本発明の被膜または素子は、スクリーン領域４として全ての電極に現れ、図示されている。
少なくとも、前記末端電極の反対表面の一部が、酸化層などの層の生成を妨げる合成物または素子の層または被膜によって覆われることが好ましい。本発明がその生成を妨げる他の不必要な層は、例えば水素化合物である。  一般に、「不必要な層」とは、ガス放電管に含まれるガスなどの周辺化合物との相互作用により電極に生成され、管の性能に影響を与える、いかなる層をも含む。
【００１３】
本発明の層を生成し、不必要な層の生成を妨げるこの化合物は、非常に安定した合金、チタンのような金属または金のような実質的に不活性の要素でありえる。化合物は、クロムまたはチタンのような金属を炭素に加えた炭素化合物でありうる。
この文脈において、炭素は、例えばダイアモンド、ダイアモンド様炭素または黒鉛のような、全ての形の炭素の多形として定義される。炭素はまた、1つまたは複数の金属のような、他の要素を用途により異なる量だけ、例えば最大１５％まで、含むことができる。
【００１４】
好適には、前記末端電極の反対側の表面は、黒鉛で被膜され又はクロムまたはチタンを含む層を有する。
本発明の実施形態によれば、不活性表面または酸化を防止する被膜または層は、化学鍍金、スパッタリング等によって、電極に適用される。
好適には、酸化防止層は当業者にとって公知の、従来技術のスパッタリングまたはプラズマ堆積技術により生成される。そして、よくである。
【００１５】
本発明に基づき適用可能な処理工程には、被膜が基質の上へ堆積する化学気相成長（ＣＶＤ）、物理的気相成長（ＰＶＤ）を含む。  物理的な堆積工程であるスパッタリングは、現在、適用可能な最高の工程であると考えられる。スパッタリング工程において、材料は陰極に高エネルギーのイオン、通常アルゴンイオン、が衝突することによって、スパッタ堆積する。イオンがターゲット材料、陰極に衝突するときに、原子は離れて、基質の上へ堆積する。
この工程では、スパッタリング工程の間、一般に高真空または少なくとも低真空を必要とする。基質は、基質を陰極に置き換えて、同様にイオンを衝突させることによって、逆のプロセスを実行し、便利に掃除できる。気相の構成を変えることにより堆積層の構成を変えることが可能である。応用例においては、炭素を含む素材が要求される場合は、メタンのような気体の炭化水素が使用されうる。黒鉛陰極が炭素の供給源として使用可能である。例えば、クロム陰極と共にメタンを使用することによって、反応スパッタリング工程に結果としてなり、クロムの加わった黒鉛層が堆積する。代表的な堆積速度は、約1μｍ／ｈまたはそれ以下である。標準的なスパッタリング時間は、約4〜8時間の期間である。要求層厚により時間が調整される。陰極の材料を変え、気相の構成を変化させることにより、異なる被膜が生成される。
【００１６】
金属被覆の場合は、電気鍍金工程またはいわゆる無電解鍍金を使用することができる。これらの工程は特に金または白金のような貴金属の被膜を適用するのに適している。
本発明の一実施形態によれば、電極の表面は部分的に被膜されている、例えば反対側電極の方向で小さな部分が被膜されている。
本発明の別の実施形態として、電極の一部が不活性の材料でできている、例えば炭素からなる部位が電極の金属の基底部分に固定され、挟まれ、または焼結させられる。電極は金属基底、例えば銅またはアルミニウム基底、からなり、少なくとも一つの反対側電極の方向に少なくとも一つの表面を有している黒鉛部分により包含されるように製造されることができる。
【００１７】
本発明に基づく電極表面を有する避雷器は、既存の機器に較べ低いアーク電圧および静止点火電圧の狭い分布を有する。
さらに、本発明は既存の避雷器設計に適用が容易で、大量生産に適した解決法を提供する。さらに、本発明に基づく解決法は、環境上いかなる負の影響も有せず、また特殊な廃物の処理工程を必要としない。一方既存の避雷器は、トリチウムのような放射性のガス、および／またはバリウム塩のような毒性化合物を含んでいる。
ガス充填避雷器に使用するガスは、すなわち窒素、ヘリウム、アルゴン、メタン、水素他、またはこれらの混合物である。
本発明は、本発明の一実施形態による避雷器の生産を記載する制限のない生産の事例によって明らかにされる。
【００１８】
生産事例
１束の銅電極に次の処理工程を受けさせ、避雷器を製造した：
最初に、電極は溶液内ですすがれ、遊離性の汚れやグリースまたは脂肪の跡を取った。  それから電極はマスクの中に置かれ、被覆される部分を露出した。  それから掃除され、マスク内に置かれた一組の電極はスパッタリング容器内に配置され、その後容器は真空にされた。電極はそれから逆スパッタリングによって、掃除され、電極から不純物を除かれた。電流の極性が逆にされ、そして、メタンが容器に注入された。クロム陰極の形でクロムを供給することにより反応性スパッタリングの工程が実行された。電極は、黒鉛層に固着しているクロム原子が加わった黒鉛層を堆積した。最後に、スパッタリング工程は終了し、被膜された電極は容器から取り除かれ、通常の品質検査に出された。
【００１９】
その被覆された電極は、高い耐熱性のような改良された品質を示した。その被膜された電極を使用した避雷器は、低いアーク電圧、起電圧の狭い分布、高速な動作と高い選択性および長寿命などの改良された品質を示した。
本発明は、発明者にとって現在公知の最良の形態を構成する、好適な実施形態に関し記述されたが、当業界の一般知識を有する者にとっては自明の、種々の変更や修正が、後述の請求項に記載される本発明の領域から外れることなく行われうることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  2つの電極を有する代表的な放電管の横断面を示す図である。
【図２】  多重電極を有する放電管の横断面を示す図である。
【符号の説明】
１、２  末端電極  ３  中空円筒絶縁体  ４  スクリーン領域  ５  中央電極
【図１】
0005205555.tif 000002
【図２】
0005205555.tif 000003